[發明專利]一種包括局部臺階狀葉片的葉輪及其設計方法

有效

• 申請號: 202110339895.1
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113027815B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 徐天賜;裘鑫
• 申請（專利權）人: 浙江科貿智能機電股份有限公司
• 主分類號: F04D29/28
• 分類號: F04D29/28;F04D29/30;F04D29/66
• 代理公司: 北京博維知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11486
• 代理人: 張倩

本發明涉及一種包括局部臺階狀葉片的葉輪及其設計方法，在目前廣泛應用的后向離心通風機閉式葉輪內，離心通風機的閉式葉輪流道內，氣流的邊界層分離隨直徑的增大不斷發展惡化，在其葉片進出口角度、進出口直徑、葉片數和葉道進口寬度不改變的前提下，通過在葉片外周部位設置一系列局部的微小臺階狀，從而試圖減弱葉道內的邊界層分離及其持續發展的程度及其導致的損失，以提高葉輪對氣體做功的效率進而提高葉輪及通風機的氣動性能和效率，而葉輪主要結構尺寸和進出口安裝角度保持不變。

技術領域

本發明涉及通風機技術領域，特別是涉及一種包括局部臺階狀葉片的葉輪及其設計方法。

背景技術

通常，后向離心通風機葉輪多為閉式葉輪，主要包括后盤3、前盤2及設置于其間的若干葉片1，其中前盤的內孔為葉輪入口，如圖1所示。閉式葉輪的葉片流道為相鄰葉片和葉輪前盤及葉輪后盤圍成的通道。葉道的進口寬度是一個重要的結構參數，是指葉片進口側的流道寬度。葉片的進出口直徑、葉片形狀、安裝位置和葉片數決定了葉道的形狀，葉道的形狀好壞，決定了葉片表面邊界層分離的嚴重程度，對葉輪的做功效率和做功能力有較大的影響。

閉式離心葉輪內，由于葉片數不是無限多而是一定數量的有限多個葉片，因而葉道截面上沿周向的速度分布是不均勻的，這種不均勻的周向速度分布是由旋轉葉道內的軸向渦流引起的，使得有限葉片數時的葉輪理論壓力必定小于無限葉片數時的理論壓力，前者與后者之比即為環流系數或滑移系數。由于氣體介質具有粘性，在葉道內流動會產生邊界層，其厚度雖然小，對流動狀態的影響卻很大，氣體流動時的摩擦力即產生在邊界層內。邊界層的存在，使葉道有效通流截面積減小，因而主氣流的速度略有增加，對主氣流形成了干擾，更重要的是，粘性和邊界層的持續發展，貼近壁面處可能會出現倒流使邊界層脫離壁面而分離，形成一定的渦區，引起較大的損失。邊界層對主氣流的干擾及邊界層分離并形成較大的損失，降低了葉輪對氣體的做功效率和做功能力。

發明內容

本發明是在目前廣泛應用的后向離心通風機閉式葉輪內，通過在葉片外周部位設置一系列局部的微小臺階狀，從而試圖減弱葉道內的邊界層分離及其持續發展的程度及其導致的損失，以提高葉輪對氣體做功的效率進而提高葉輪及通風機的氣動性能和效率，而葉輪主要結構尺寸和進出口安裝角度保持不變。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：一種包括局部臺階狀葉片的葉輪，所述葉輪包括若干個弧形狀后向葉片，所述葉片的工作面包括平滑段和臺階段；所述臺階段靠近葉片外緣；所述臺階段的內邊緣為：以葉輪中心為圓心，直徑為ΦD_n的圓弧段；所述臺階段包括n個連續的逐漸向外凸的臺階。

進一步地，相鄰所述葉片的流道入口寬度為W，所述葉片工作面弧線的進、出口直徑分別對應的葉片母線的c點和a點，W為c點至相鄰的另一個葉片非工作面的最小距離，對應非工作面c’點，cc’延長線與所述葉片工作面的交點為c’’點；以c’’點與所述葉輪中心的連線為半徑做第一圓，所述第一圓直徑為ΦD_W；所述ΦD_n=（1.015～1.045）×ΦD_w。

進一步地，所述臺階的斜面高度小于葉片厚度。

進一步地，所述葉片出口直徑為ΦD₂，所述臺階段為位于直徑ΦD_n和ΦD₂之間。

本申請還提出了一種包括局部臺階狀葉片的葉輪的設計方法，所述葉輪包括若干個均勻分布的弧形狀后向葉片，所述葉片進、出口直徑分別為ΦD₁和ΦD₂，所述葉片母線的端點為c點和a點，葉片包角為φ；

相鄰葉片的流道入口寬度為W，W為c點至相鄰葉片非工作面的最小距離，對應所述相鄰葉片非工作面c’點，cc’延長線與所述葉片工作面的交點為c’’點；

所述設計方法包括：